核電管道保溫工程的設計及施工

□韓志鋒 楊偉濤

一、引言

眾所周知，核電站在運行時，很多工藝管道及設備處在高溫高壓狀態下，其溫度高于環境溫度，導致熱量通過表面大量散失，造成核電廠電功率下降和熱源損失，且使周圍環境溫度急劇升高，直接影響到核電廠的安全運行。另一方面，核電廠和常規電廠類似，除對管道進行保溫，還需要對低于環境溫度的管道進行保冷設計，以確保核電站的正常運行。

核電站絕熱設計的目的就是為了減少正常運行時管道及設備的散熱(冷)損失，滿足生產工藝要求，改善生產環境，提高經濟效益。這種設計及安裝除了應正確選擇符合現行國家、行業標準的材料，又要兼顧核電站自身的特殊要求，進行嚴格且適當的選擇。核電站核島中需進行保溫安裝的系統分散于蒸汽供應系統(NSSS)和核島配套設施(BNI)輔助系統數量多達二十余個，絕熱工程工作量十分繁重。本文描述了核電站中核蒸汽供應系統和核島配套設施輔助系統(不包括反應堆冷卻劑系統)中絕熱結構的設計、制造、安裝的相關內容，并按照核電設計中形成的一般習慣，將保溫及保冷(又叫冷保溫)統一稱為“保溫”，下文中不再區分。

二、保溫設計總體要求

核電站保溫結構設計除了需符合一般工業管道的要求，還要兼顧核電工程本身的特點要求，主要包括如下幾方面［1，2］:一是設計保溫層在核電廠工況I(反應堆正常運行和正常運行瞬態工況)，工況II(中等頻率事故工況)下，應保證保溫結構的完整性;二是保溫層采用的材料應具有良好耐輻照性能，其耐熱溫度應大于被保溫的物項的設計溫度;三是保溫層設計所確定的結構應不致引起放射性塵埃污染，選用的材料應對人體無害;四是保溫層結構設計應考慮管道及設備所處的位置及安裝操作方面條件，以利于零部件的搬運和安裝操作;五是保溫層設計應滿足自身和被保溫物項的在役檢查可達性、可拆性;六是保溫層的安全等級、質保要求和抗震類別應符合有關規定。

三、保溫結構及材料要求

核電工程中保溫結構一般由保溫層、保溫外殼和保溫附件組成。保溫結構應具有密封性和防滲透性。保溫結構應保證在保溫材料壽命年限內的完整性;保溫結構應有足夠的機械強度，不允許在自重或偶然外力作用下又被損壞的現象發生;保溫結構應合理，拆卸和安裝方便。核電站中保溫結構按形式可分為可拆性和非可拆性結構兩大類:一是可拆性結構為非固定式保溫結構，適用于核電廠管道及設備在役檢查的焊縫、流量測量裝置、閥門、法蘭、堵板、補償器和巡視的設備及其部件等。這種結構通常采用金屬盒的結構形式，在奧氏體不銹鋼制造的管道及設備安裝上的保溫層的可拆段，與管道及設備接觸的所有部件都必須用不銹鋼制造［3］。保溫層拆除后，未拆部分端面距焊縫應留出適當距離，以便于在役檢查。二是非可拆性結構為固定式保溫結構，適用于不需要在役檢查或檢修的一般性要求的管道及設備保溫。核電站保溫材料包括玻璃棉纖維保溫材料，硅酸鋁保溫材料。保溫材料及其保溫附件采購后應在預制車間預制，不允許在安裝現場下料、預制、包裝。保溫材料的質保等級為QA3，保溫附件預制、安裝、檢驗的質保等級為QNC。在保溫層的外表面應設置保溫外殼，核電站通常采用金屬保溫外殼，反應堆廠房內應采用不銹鋼板制造，其他廠房一般采用鋁板。保溫外殼結構應嚴密和牢固，在環境變化與振動情況下，應不產生滲水、裂紋、散縫及墜落等現象。保溫外殼接縫形式可根據具體情況，選用搭接、插接或咬接形式。防潮層只在冷保溫情況下使用，其中反應堆廠房內使用阻燃且耐輻照防水卷材，反應堆廠房外使用各類阻燃型防潮材料。

四、保溫工程的施工及注意事項

核電工程中的保溫清單由工藝系統專業統一給出，根據廠址及工程改進情況，有一定的適應性調整。由于核島廠房空間小，物項多，施工中也存在安裝偏差等原因，保溫施工問題屢見不鮮，以下就一些施工中需注意的事項、程序及共性問題進行分析。

保溫施工應依據相關設計施工文件要求，兼顧現場實際，并參考相關電站經驗。根據某壓水堆核電站的現場情況，整理出的主要保溫施工經驗如下:一是保溫工程通常都是在管道及設備安裝完成后，在現場進行施工。保溫施工之前，應對所采用的保溫材料及其制品進行檢查，確保符合設計和現行技術標準。施工也應當遵守我國有關部門頒發的規程及標準，施工中不得損壞施工現場的其他管道及設備。二是保溫結構某些部件(如可拆卸保溫盒)應在預制廠進行加工成品或半成品，在現場進行拼裝，這樣不僅可以加快施工進度，更能保證工程質量。三是對已安裝好的管道及設備，保溫之前應根據有關技術規范做水壓試驗，合格后再做保溫施工，避免返工。在某些特殊情況下如先進行保溫施工，應將管道上焊縫留出，待管道及設備安裝合格后，再將焊縫處補做保溫施工。四是施工原因引起的保溫干涉的問題，如管道過近或標高不符合原設計要求等造成保溫結構無法施工，原則上需施工方返工修改管道，讓出保溫間隙;如果確認屬于電站設計空間不足，可以在征得上游專業的同意下，對保溫厚度做適應性調整。五是對產生保溫干涉的管道專業物項，管道走向可適當改變調整，支架形式可調整(但不得影響支架功能前提下)，以便讓出施工空間。對產生保溫干涉的其他專業物項，征得相關專業的同意下，可考慮對其適應性調整，以滿足保溫設計要求。例如，土建格柵板、護欄可適當切割，孔洞可擴大，爬梯或機械軌道梁可適當移動。六是保溫層與管道或設備，保溫層之間及與被保溫的物項應緊密貼合，完工后保溫結構表面應當平整，金屬外殼應貼緊絕熱材料表面，不允許有褶皺、開裂、脫殼和凹陷等缺陷。七是管線保溫工程完成后，保溫結構不得對所在管道本身的運動產生附加影響，應當允許管線進行熱位移，也不得影響或改變支架的功能。例如，保溫結構應避免與鋼結構或者其他固定物項綁定，多根管道也應避免將保溫結構做成一體。檢查孔，人孔、閥門、法蘭及其他可拆卸部件的兩側，在保溫層施工時，應留出空隙并用松散材料填實。

五、質量檢查及驗收

保溫安裝完畢整體移交前，工程需進行質量檢查及驗收，其要求應符合有關規定。驗收工作要做好記錄，并注明已完成的工作質量和不符合項報告，不符合要求的地方應進行修補，以確保最終的實際安裝與文件和圖紙一致。

［1］ EJ/T 720 -2008 壓水堆核電廠反應堆壓力容器及反應堆冷卻劑系統管道和設備保溫層設計準則

［2］ 中廣核工程有限公司．壓水堆核電廠核島設計 第三卷核島工藝系統和布置設計［M］．北京:原子能出版社，2010，9:656

［3］ 法國核島設備設計、建造及在役檢查規則協會編，中科華核電技術研究院有限公司譯．壓水堆核島機械設備設計和建造規則(RCC -M 2000版+2002補遺)第8冊-F篇制造［M］．上海:上海科學技術文獻出版社，2010，10，F/66